扬声器实验(创新实验).ppt

进一步的扬声器实验 Yaakov KraftmakherBar-Ilan大学物理系，以色列拉马特甘 摘要 一个常见的动圈式扬声器（动态）是一个非常适合的设备 教学振动系统的一般特征。 作为一个添加以前的论文，本论文包括以下主题： i ）新设计的光学传感器，用于测量的锥振荡; ⅱ）正反馈自激振荡; iii）没有直接测量圆锥体振荡的扬声器 参数的测定; 及（iv）扬声器在真空室中。未经锁相放大器执行测量。机械和电气扬声器的参数之间的紧密联系被确认。 实验是很好的相关电学和磁学的大学课程，可用于在本科实验室。 1.介绍 一个常见的动圈式扬声器（动态）是一个非常适合教设备 振动系统的一般特征的设备。在本文中，给出一些带有移式线圈的实验扬声器，除了前面所述之外。新 介绍的主题如下： （i）中的光传感器，用于测量在一个新的设计锥形振荡; （ii）积极的反馈和自激振荡; （iii）决定扬声器的参数，而不直接测量的圆锥体振荡; （iv)扬声器在真空室中。新的光传感器是简单和更可靠的比 前面使用的，并且不使用锁定放大器的情况下执行测量。一个数据采集系统，用于处理数据和显示结果。 1.1。理论背景扬声器锥体的振动的谐振所描述的公知的方程振荡器（例如赫克特1994年，粗磨和伯克希尔1996年，桑顿和马里恩2004）。在足够低的频率，圆锥体作为一个整体移动。自由振荡的振荡系统每次发生时，系统从它的平衡位置的位移，然后释放。如果摩擦力的振荡速度成正比，振荡衰减成倍增长。自由振荡的扬声器锥遵循的共同的公式 mx+bx+kx=0 (1a)或者 x + 2γx+ ωo2x = 0 (1b )其中，m和x的质量（包括所谓的空气装载质量）和位移圆锥体，b为扩散常数，k是恢复数， 是天然的角频率和 是衰变常数。 这个等式的解是 其中 且A和φ取决于初始条件。 发生强迫振荡的锥是由于驱动力Bli,其中，B是磁场的布里字段，该字段是径向和垂直于在音圈线的所有部分的，l是此线的长度，i是在音圈的驱动电流。位移的实部和虚部是 位移的弹性模量是 其中x0是圆锥体的位移的振幅，i0和ω分别是振幅和频率的驱动电流.音圈的总阻抗包括其通常的电阻抗和 所谓的动态阻抗，这反映了在振荡的音圈产生的EMF。 根据法拉第电磁感应定律，这EMF是 其中x是锥形的速度 ,e和x的相位是一致的。阻抗 的实部和虚部 具有双通道锁定放大器，很容易不断显示音圈的两个部分的 电阻抗作为频率的函数。如果没有这样的装置中，我们 可以显示持续的总阻抗的模量，| Ztotal |，并确定它的实部和 在离散频率的虚数部分（见下文）。在我们的例子中，只有音圈的电阻R是显着的，使得 我们的首要目的是要表明，机械和电气参数的扬声器是紧密连接和机械参数，都可以通过|测量| Ztotal对频率的依赖性。 2.实验细节 2.1.扬声器 扬声器的基本参数是的锥的质量m，固有角频率ω0时，衰减常数γ和量BL。它们可以从不同的实验中发现，但最可靠的值是一个最简单的和直接测量得到的那些。此前，扬声器的参数被发现是 并且 要确定m，ω0，γ，没有必要知道圆锥体的绝对位移。此外，下面将示出如何确定的所有的参数，包括BL，从音圈的电阻抗对频率的依赖性，而不直接观察锥形的振荡。 2.2。该传感器 圆锥体的位移的传感器的包括一个低功率的灯泡（12 V 5 W） 和一个塑料的导光体，直径为3毫米（较厚的一个会更好）。两者都安装在这样一种方式，导光体从灯泡获取光并发送到框架上的光电二极管（图1）。 扬声器被放置使得指针在灯泡和导光体之间。指针主要截取灯泡的光束，所以光电二极管变得对锥的垂直位移很敏感。为了实现位移的线性响应，一个矩形的窗口被设置在导光体的入口处。当锥振荡的时候，光电二极管ac输出就正确反映出锥的振荡。该传感器可以不布置导光体，但后者可用来可方便地 定位的光电二极管。光电二极管，它的20 K?负载电阻和一个9伏电特池放置在对导光体开口的金属框中。灵敏度可维持 调整通过灯泡的电流。该传感器比作者先前采用的更简单，更可靠的。它可以很好得替代扬声器的实验中所使用的复杂的干涉测量技术。